(57)【要約】【課題】  導電性芯金の外周上に接着剤層を介してゴム層を有する導電性ゴムローラおいて、例えば高温多湿のような環境下でも接着不良やそれによるゴム層剥離によるローラ形状の変形が発生することなく、画像形成装置に組み付けた際に画像形成性能を低下させない導電性ゴムローラを提供する。【解決手段】  少なくとも受酸剤を含む接着剤層を芯金と導電性ゴム層の間に設ける。【選択図】      図１
2006189702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性芯金の外周上に導電性ゴム層を有する導電性ゴムローラおいて、
少なくとも受酸剤を含む接着剤層が該芯金と該導電性ゴム層の間に設けられていることを特徴とする導電性ゴムローラ。
【請求項２】
受酸剤が、酸化亜鉛、酸化マグネシウム及びハイドロタルサイトから選ばれ、かつ接着剤を構成する固形成分中に５〜２０質量％配合されていることを特徴とする請求項１に記載の導電性ゴムローラ。
【請求項３】
導電性ゴム層が、ゴムとしてエピクロロヒドリン系ゴムを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の導電性ゴムローラ。
【請求項４】
導電性芯金が、無電解ニッケルメッキを施されたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の導電性ゴムローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ及びファクシミリ等に代表される電子写真装置、静電記録装置などの画像形成装置に使用される帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ等の導電性ゴムローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタおよびファクシミリ等に代表される電子写真装置、静電記録装置などの画像形成装置に組み込まれる各種導電性ゴムローラにおいて、使用されるゴム組成物は、目的とする導電性を実現するために、カーボンブラック等の導電性フィラーを添加分散する方法、あるいはゴム自身に導電性を有するものを選択する方法がある。
【０００３】
導電性フィラーを添加分散する方法ではその分散状態および配向によって電気特性に影響を及ぼすため、混練りバッチごとにばらつきが生じ、さらに同バッチ内でもローラごとのばらつきが生じやすくなる。
【０００４】
しかし、導電性を有するゴム材を使用する方法ではこのようなばらつきはほとんど発生しないため、所定の導電性に調整しやすく、かつ安定して得ることができる。そのため近年では製品の高性能化に伴い、導電性ゴムを用いたローラの製造が増加している。
【０００５】
導電性ゴムとして、一般的に、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エピクロロヒドリン系ゴム（ＣＯ、ＥＣＯ、ＧＥＣＯ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）等が使用される。中でもエピクロロヒドリン系ゴムは、原料のエピクロロヒドリンとエチレンオキサイドの組成比によって体積抵抗を調整することが可能であるという特徴を有しており、導電性ローラ用ゴム材として好ましく使用できることが知られている。
【０００６】
また、導電性ゴムローラの芯金としては、導電性や必要とされる形状精度が満たされれば、どのような素材でも差し支えなく使用できるが、コスト及び加工性の面から鉄材が一般的に使用されている。さらに、芯金には耐食性、導電性ゴム層との接着性等を得るためにメッキが一般に施されている。そのメッキには電解メッキと無電解メッキの大きく２つのメッキ方法があるが、後者の方がメッキ膜厚の均一性に優れているため高い精度が得られ、ピンホール等の欠陥が少ないため耐食性に優れるという点から好ましく、無電解メッキの中でも無電解ニッケルメッキはメッキ液の安定性やコストの面からより好ましい。
【０００７】
導電性ゴムローラの製造方法として、金型を用いる方法、チューブ状に押出したゴム組成物を加硫した後に芯金を圧入する方法、未加硫ゴムを芯金に被覆してから加硫する方法等が知られている。これらの導電性ゴムローラの製造方法は、加工性やコスト、画像形成装置用部材として要求される寸法精度や物理的及び電気的特性を満たすためにそれぞれ適した製造方法を任意に選択される。近年では、金型を用いる方法や加硫したチューブを芯金に圧入する方法よりも未加硫ゴムを芯金に被覆してから加硫する方法の方が製造ラインの小型化や連続化に適している等の利点があることから、ゴムローラの製造方法として採用されることが増えている。
【０００８】
しかしこれらの製造方法でゴムローラを作成し、高温多湿環境下に放置すると芯金外周上のゴムを被覆した部分において芯金腐食が発生することがあり、その結果、ゴム層の部分的剥離が発生してローラ形状が歪んでしまい、画像形成装置に組み付けても正常な画像が得られない場合がある。
【０００９】
芯金の腐食を防止する方法として、無電解ニッケルメッキを施した後にクロム酸による表面処理を行うことが一般に行なわれている。しかし、クロム酸の使用は廃水処理設備に多大な費用がかかるだけでなく、環境面から廃止の方向にあるのが実状である。
【００１０】
一方、芯金上に過塩素酸塩を含むポリウレタンゴム層を有するゴムローラにおいて、芯金とゴム層の間にバリア層として接着剤層を設け、さらに接着剤の厚みを２０〜５０μｍとすることにより芯金腐食を解決する方法が開示されている（例えば、特許文献１）。しかし、効果を得るためにはある程度以上の厚みの接着剤層が必要であり、その接着剤層を芯金上への形成塗布方法が複雑となり、接着不良や生産上の管理が困難となる。
【特許文献１】特開平６−２００９２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、導電性芯金の外周上に接着剤層を介してゴム層を有する導電性ゴムローラおいて、例えば高温多湿のような環境下でも接着不良やそれによるゴム層剥離によるローラ形状の変形が発生することなく、画像形成装置に組み付けた際に画像形成性能を低下させない導電性ゴムローラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討し、芯金とゴム層との間に設けた接着剤層の材料を吟味することにより、従来見られた欠陥が解消することを見出し、ついに本発明を完成した。
【００１３】
すなわち、本発明は、導電性芯金の外周上に導電性ゴム層を有する導電性ゴムローラおいて、少なくとも受酸剤を含む接着剤層が該芯金と該導電性ゴム層の間に設けられていることを特徴とする導電性ゴムローラである。
【００１４】
また、本発明は、受酸剤が酸化亜鉛、酸化マグネシウム及びハイドロタルサイトから選ばれ、かつ接着剤を構成する固形成分中での含有量が５〜２０質量％であることを特徴とする上記の導電性ゴムローラである。
【００１５】
さらに、本発明は、ゴム層が少なくともエピクロロヒドリン系ゴムを含むゴム組成物で構成されることを特徴とする上記の導電性ゴムローラである。
【００１６】
さらにまた、本発明は、導電性芯金が無電解ニッケルメッキを施したものであることを特徴とする上記の導電性ゴムローラである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の導電性ゴムローラは、芯金とゴム層の間に設けられた接着剤層に酸受容剤、例えば、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、ハイドロタルサイトまたはこれらの任意の組合せを含んでいるので、高温多湿のような環境下でも接着不良やそれによるゴム層剥離によるローラ形状の変形が発生することなく、画像形成装置に組み付けた際に画像形成性能を低下させることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１９】
本発明の導電性ゴムローラの一例の断面図を図１に示す。本発明の導電性ゴムローラ１は、導電性芯金２の外周上に、順に接着剤層３と導電性のゴム層４が積層された構成からなっており、接着剤層３に少なくとも受酸剤が含まれていることが大きな特徴である。
【００２０】
本発明者らは弾性ゴムローラが高温多湿環境下で芯金が腐食する要因を調査した結果、ローラ形状が歪んでいる芯金部分には必ず点状にさびが発生しており、さらにそのさびは主成分として酸化鉄及び塩化鉄であることを見出し、芯金腐食の主要因はゴム組成物中の塩素原子であることをつきとめた。この芯金をピンポール等の欠陥が少ないとされる無電解ニッケルメッキを施したものを用いても芯金腐食が発生し、メッキを施すだけでは十分に腐食を防止できないことがわかった。また、接着剤の構成成分中に塩素原子が含まれていたり、ゴム層がエピクロロヒドリン系ゴムを含んでいたりする場合には特に芯金腐食が発生しやすいことが明らかとなった。
【００２１】
すなわち、接着剤層に受酸剤を添加し、塩素から芯金を保護する機能を持たせることにより、例えば高温多湿のような環境下でも接着不良やそれによるゴム層剥離が発生せず、画像形成装置用の部材として十分な機能を有する導電性ゴムローラを実現できる。
【００２２】
本発明に使用する受酸剤は、従来公知のものから適宜選択して使用すればよく、特に制限されるものではないが、酸化亜鉛、酸化マグネシウム及びハイドロタルサイトが、貯蔵安定性やコスト及び接着剤に添加した際の分散性の面から好ましい。また、受酸剤は接着剤に添加する際にはそれぞれ単体で使用しても良いし、２種類以上を混合して使用しても差し支えない。
【００２３】
受酸剤の添加量としては、接着剤に含まれる固形成分の５〜２０質量％が好ましい。添加量が５質量％未満であるとゴムローラを成形して高温多湿環境下に放置したときに発生する芯金腐食を完全に防止できない場合があり、また２０質量％を超える量では接着剤中へ添加及び分散しても受酸剤のみが沈降して上手く塗布できなかったり、接着剤としてかたくなり過ぎて接着性が低下したりという弊害が生じることがある。
【００２４】
本発明に使用する接着剤としては、ゴム層をしっかり芯金に固定できるものであれば特に制限されず、例えばホットメルト接着剤、加硫接着剤等があり、製造方法や要求される接着性能を得るために任意に選択することができる。しかし、芯金腐食を防止するという観点から芯金に直接接触する接着剤中に塩素原子が含まれるものはあまり好ましくない。
【００２５】
接着剤は接着剤として使用される公知の合成樹脂を有機溶剤等に溶解させたものや水に分散させたものが一般的である。合成樹脂としては、例えば、ホットメルトタイプであればエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−オレフィン共重合体等のオレフィン系、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体（ＳＢＳ）、スチレン−イソプレン−スチレン共重合体（ＳＩＳ）等のスチレン系、ポリウレタン系、ポリエステル系などが代表として挙げられ、加硫接着剤ではフェノール系、エポキシ系、オレフィン系などがある。
【００２６】
なお、加硫接着剤を使用する場合、金属面と接着剤層との接着力を強化するために塗布した後、加熱するのが一般的である。本発明のように受酸剤を添加した場合でも加熱方法や温度等の条件に特に制限されることなく使用することができ、母体となる接着剤の特性に合わせた条件で加熱しても差し支えない。
【００２７】
芯金への接着剤の塗布方法は特に制限されるものではないが、例えば両端部をチャックした芯金を回転させながら、接着剤を含浸させたシリコーンゴムスポンジ、アクリルゴムスポンジ、ウレタンゴムスポンジ等を芯金に押し当てながら行なう方法が挙げられる。また、ロールコーター等の機器を用いても差し支えない。また接着剤の濃度についても接着力を発揮できる濃度であれば特に制限されない。
【００２８】
なお、受酸剤を含む接着剤としては、受酸剤として酸化亜鉛のような導電性を示すものを使用した場合は必ずしも必要でないが、導電性カーボン、金属粉等の導電剤を含んでおくことも好ましい。
【００２９】
また、芯金上に形成される接着剤層としては受酸剤の効果が発揮されるならばできるだけ薄くすることが望ましいが、ゴム層を固定する観点から通常２〜３０μｍとすることが推奨される。
【００３０】
本発明の導電性ゴムローラのゴム層に使用されるゴム組成物は、導電性ゴムローラのゴム層に使用されるゴム原料であれば何れでも使用できるが、本発明は特に少なくともエピクロロヒドリン系ゴムが含まれているものに対し有用である。エピクロロヒドリン系ゴムの中では、エピクロロヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル三元共重合体ゴムがエピクロロヒドリンとエチレンオキサイドの共重合比によって電気特性を調整することができるので好ましい。
【００３１】
本発明では芯金として少なくとも表面が導電性であれば、金属棒、金属パイプ、表面が導電化されたプラスチック棒或いはパイプ、導電性材を含むプラスチック棒或いはパイプ等から適宜選択され、また、導電性表面にはさらに導電性表面を保護するためにメッキ等が施されていてもよい。なお、メッキとしては無電解ニッケルメッキがその性能から好適であり、芯金の材質としてはそれ自体が導電性である鉄、鋼、ステンレス、銅、真鍮等の金属、合金が挙げられる。
【００３２】
前記導電性ゴムローラの製造方法としては、接着剤を塗布した芯金を内部に納めるようにした金型を用いる方法、ゴム組成物を押出し硬化して得られるチューブに接着剤を塗布した芯金を圧入する方法、接着剤を塗布した芯金に未加硫ゴムを被覆してから加硫する方法等がある。これらの導電性ゴムローラの製造方法は加工性やコスト、画像形成装置用部材として要求される寸法精度や物理的および電気的特性を満たすためにそれぞれ適した製造方法を任意に選択することができる。金型を用いる方法や加硫したチューブに芯金を圧入する方法よりも未加硫ゴムを芯金に被覆してから加硫する方法の方が製造ラインの小型化や連続化に適している等の利点があるので好ましい。
【００３３】
芯金上に未加硫ゴムを配置させる手段としては特に制限されるものではないが、製造ラインの連続化あるいは製造コストを抑えるといった観点から、押出し機を用いて未加硫のゴム組成物を押出すと同時に、接着剤を塗布した芯金も押出し機のクロスヘッドダイを通過させて芯金の円周上にゴム組成物を配置させる方法が好ましい。なお、未加硫ゴム組成物をチューブ状に押出し、所定長さに切断し、接着剤を塗布した芯金を押し込む方法でもよい。
【００３４】
なお、未加硫のゴム組成物を配したゴムローラの加硫方法に関しては、熱風炉での加熱加硫の他、遠赤外線による加熱加硫、水蒸気での加熱加硫等、従来公知の方法のいずれの方法であっても構わない。また芯金円周上に未加硫ゴムを配置させた状態でそのまま金型キャビティに投入して加硫する方法に対しても有効である。さらに時間や温度等の加硫条件を任意に変化させても芯金腐食防止効果や接着力に何ら影響を及ぼさないので自由に工程を設計することができる。
【００３５】
前記ゴム組成物に使用される加硫剤としては製造工程上および画像形成装置に使用される部材として弊害を及ぼすものでなければ特に制限されない。なお、エピクロロヒドリン系ゴムの場合には、使用される加硫剤として、硫黄の他、有機過酸化物系架橋剤、トリアジンチオール系加硫剤、２，３−ジメチルキノキサリン系加硫剤等が挙げられる。いずれの加硫剤を使用して作成されたゴムローラであっても本発明の効果を発揮することができるが、有機過酸化物系架橋剤では酸素存在下での使用が困難なために製造工程が制限される。トリアジンチオール系加硫剤及び２，３−ジメチルキノキサリン系加硫剤では加硫時に発生する塩化水素による加硫阻害を防止するためにゴム組成物中に受酸剤を添加することがあるが、そのために加硫特性、圧縮永久歪み等への影響が懸念される。また前記加硫剤は一般にスコーチが早いこと及び貯蔵安定性にも劣ることから製造工程上でも問題が生じることがある。硫黄を用いるゴムの加硫方法は最も一般的であり、コスト面や製造面においても好ましい。
【実施例】
【００３６】
次に本発明について実施例より詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
【００３７】
実施例１
接着剤の調製
５００ｍｌのガラス容器に加硫接着剤“メタロックＵ−２０”（（株）東洋化学研究所製）を入れ、これにハイドロタルサイト“ＤＨＴ−４Ａ”（商品名、協和化学工業（株）製）を接着剤組成の固形分として９．８質量％となる量とガラスビーズ（直径３ｍｍ）を加え、ペイントシェーカーにて８時間分散させて受酸剤を含む接着剤を得た。
【００３８】
芯金への接着剤塗布
厚さ５μｍの無電解ニッケルメッキを施した径６ｍｍ、長さ２４０ｍｍの鋼鉄製芯金の外周上に、上記の接着剤をロールコーターにて、芯金の中央２１０ｍｍの部分に乾燥後の厚み５μｍとなるよう塗布し、乾燥して芯金上に接着剤層を有する芯金を得た。
【００３９】
ゴム組成物の作成
エピクロルヒドリンゴム“エピクロマーＣＧ１０２”（商品名、ダイソー（株）製）１００質量部、酸化亜鉛“酸化亜鉛２種”（ハクスイテック（株）製）５質量部、ステアリン酸“ステアリン酸Ｓ”（商品名、花王（株）製）１質量部、カーボンブラック“旭＃１５”（商品名、旭カーボン（株）製）５質量部、炭酸カルシウム“シルバーＷ”（商品名、白石工業（株）製）４０質量部、ジベンゾチアジルジサルファイド“ノクセラーＤＭ”（商品名、大内新興化学（株）製）１質量部、テトラメチルチウラムモノスルフィド“ノクセラーＴＳ”（商品名、大内新興化学（株）製）１質量部及び硫黄“サルファックス２００Ｓ”（商品名、鶴見化学（株）製）１質量部を密閉型混練機及びオープンロール機にて混練して、未加硫のゴム組成物を得た。
【００４０】
ゴムローラの作成
クロスヘッドダイを備えた押出し機に上記未加硫ゴム組成物をセットし、上記接着剤を塗布した芯金と共に該未加硫ゴム組成物を押出して、芯金上に未加硫ゴムを被覆し、その後、熱風炉にて１８０℃×１ｈ加熱して加硫ゴム層を有する外径１２ｍｍのゴムローラを作成した。次いで、両端部から１２ｍｍ位置でカッター刃でゴム層に切れ目を入れ、両端部のゴム層を剥離した。その後、研削機にてゴム層を研磨して外径９ｍｍのゴムローラを作成した。
【００４１】
ゴムローラの評価
得られたゴムローラ１０本をまず目視により接着不良が発生している本数を数え、次いで、７０℃×９５％ＲＨに設定した環境試験炉内に７２時間放置した後、ゴム層の目視にて外観にて形状に歪みが発生していないかを観察し、歪みの位置のゴム層を剥離して、錆の発生の有無を確認し、その本数を数えた。本実施例では、試験前後の何れでも歪みが発生していなかった。試験終了後にそのうちの一本のゴム層を剥離して調べたが、錆は全く発生していなかった。
【００４２】
実施例２
実施例１において、受酸剤としてハイドロタルサイトに代えて酸化亜鉛２種（ハクスイテック（株）社製）を接着剤の固形分中９．４質量％になるように使用する以外は実施例１と同様にして、ゴムローラを作成した。得られたゴムローラ１０本を実施例１と同様の評価に供した。試験の前後とも問題なく、良好であった。
【００４３】
実施例３〜５
実施例１において、受酸剤としてハイドロタルサイトに代えて酸化マグネシウム“キョーワマグ１５０”（商品名、協和化学工業（株）製）をそれぞれ接着剤の固形分中１０．１質量％、５．８質量％又は１９．２質量％になるように使用する以外は実施例１と同様にして、ゴムローラを作成した。得られたゴムローラ各１０本を実施例１と同様の評価に供した。いずれも、試験の前後とも問題なく、良好であった。
【００４４】
実施例６
実施例１において、接着剤としてホットメルト型接着剤“アロンメルトＰＥＳ３２０ＳＢ”（商品名、東亜合成（株）製）を使用し、受酸剤として酸化マグネシウム“キョーワマグ１５０”（商品名、協和化学工業（株）製）を接着剤の固形分中１０．６質量％になるように使用する以外は実施例１と同様にして、ゴムローラを作成した。得られたゴムローラ１０本を実施例１と同様の評価に供した。ホットメルト型接着剤は加硫接着剤に比べ接着性としてはわずか劣ってはいるものの、いずれも試験の前後とも問題なく、良好であった。
【００４５】
実施例７、８
実施例３において、酸化マグネシウムの使用量をそれぞれ接着剤の固形分中４．６質量％及び２１．７質量％になるように使用する以外は実施例３と同様にして、ゴムローラを作成した。得られたゴムローラ各１０本を実施例１と同様の評価に供した結果、実施例７ではゴム層の接着不良は見られかったものの、高温多湿下の保存で１０本中２本位芯金表面に錆が見られ、実施例８ではゴム層の接着不良が１０本中４本見られたが、高温多湿下の保存で錆の発生はまったく見られなかった。なお、実施例７では受酸剤の量が少なかったために錆の発生を見たものと思われるが、受酸剤を全く使用しない（後記比較例参照）場合に比べ、明らかな防錆効果が認められ、この範囲でも十分使用できる。また、実施例８では受酸剤の配合量が多かったためかゴム層の接着不良が見られたが、使用に支障ない程度で、高温多湿での酸発生は無く、十分使用可能であることがわかった。
【００４６】
比較例１及び２
実施例１又は６において、受酸剤を全く使用せずに、それぞれ実施例１又は６と同様にしてゴムローラを製造した。以下、実施例１と同様の評価をしたところ、いずれもゴム層の接着不良は見られなかったが、高温多湿の保存で１０本中１０本に錆の発生が認められた。なお、錆の発生状況は、比較例１ではメッキ被膜に点状の浮きとして確認され、比較例２では明らかな赤錆であった。
【００４７】
以上の結果を表１にまとめる。
【００４８】
【表１】
2006189702.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の導電性ゴムローラの一例の断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１      導電性ゴムローラ
２      芯金
３      接着剤層
４      ゴム層
【図１】
2006189702.tif 000004